什么是城市地理信息系统

城市地理信息系统(UGIS)是将反映城市现状、规划、变迁的各类空间数据(如地形、地貌、建筑、道路、综合管线等)以及描述这些空间特征的属性数据通过计算机进行输入、存储、查询、统计、分析、输出等的一门综合性空间信息系统。

城市地理信息系统的组成

城市地理信息系统是应用在城市政府、部门、企业及市民社会生活中等领域的地理信息系统。从广义角度看，城市地理信息系统由五部分所组成：

(1)信息基础设施。

在信息时代，人们对信息资源、信息通信技术和信息服务方式的依赖越来越大，要求也越来越高，其目标是能在任何地点、任何时间、以任何媒体方式方便而经济地获取和发送信息，与任何人进行声音、数据和图像的任何组合形式的信息交流。这些功能只有通过数字化、综合化、宽带化、智能化、个人化的通信网才能实现。

20世纪90年代以来，世界主要工业国家开始修建“信息高速公路”，信息基础设施的建设为城市GIS由单机操作进入Internet奠定了基础。信息基础设施已经成为GIS的广个重要组成部分。

(2)GIS硬件。

它是城市地理信息系统的基础平台，具有输入、存储、查询和输出地理数据的功能。硬件包括：主机(大中小型机、工作站、微机)等主处理设施、终端(显示器)等显示设备、硬盘和XCD-ROM等外部存储设备、键盘等数据输入选择设备、数字化仪和鼠标等空间数据选择设备、绘图仪打印机等数据输入设备以及网卡网络配件等网络连接设备。

(3)GIS软件。

这是城市地理信息系统的核心。地息系统软件在硬件的支撑下，执行地理信息系统功能的各种操作，例如管理与分析地理数据。一个地理信息系统的运行情况良好与否，很大程度上决定于软件系统功能的优劣及其与硬件系统的配合与协调状况。

(4)地理数据。

地理数据是地理信息的一种载体。它包括描述地球表面空间分布事物的属性数据和空间数据。地理数据不仅能表达地球表面上某个物体或现象是什么，而且也能表达它们的空间位置。描述地球表面的一个地物或现象，必须使用两类不同的地理数据：属性数据和空间数据(空间数据又称地理位置数据)。属性数据说明某个地表事物和地表现象是什么，如道路交叉口的交通流量，道路路段的通行能力、路面质量，地下管线的用途、管径、埋深，行政区的常住人口、人均收入，房屋的产权人、质量、层数等；空间的数据说明地理事物和地理现象在哪里。空间数据对二维空间各种事物最基本的表示方法是点、线、面。点是城市中有确切的位置，但大小、长度可忽略不计的事物，如道路交叉口。线是面积可以忽略不计，但长度、走向很重要的事物，如道路、地下管线。面是具有封闭的边界、确定的面积的事物，在形态上表现为不规划的多边形，如行政区域、规划地块等。地理基础数据是城市地理信息系统中必不可少的重要数据，主要包括地形、居民点、交通道路、水系、行政区划接线等内容的数据。地理基础数据主要来源于大比例尺地形图。这种图有统一的大地控制基础，统一的地图投影和统一的分幅编号，其生产作业严格按照测图规范、编图规范和图式符号进行。

(5)参与地理信息系统的人。

从系统工程角度看，人是地理信息系统的一个重要组成部分。在地理信息系统的整个研制、开发和运行过程中，人是最重要的因素。人是整个地理信息系统得以运行的灵魂。人在地理信息系统中的作用，主要体现在下面三个方面：人是GIS硬件的制造者、软件的开发者和数据的生产者。

如果从计算机系统的技术角度看，城市地理信息系统是一个用于对城市地理数据进行采集、管理、查询、计算、分析与可视表现的计算机技术系统。一般所指的城市地理信息系统是应用于城市领域的大型软件系统。

城市地理信息系统的特点

城市是人口、资源、环境和社会经济要素密集的地理综合体，是人文和自然高度复合的复杂系统。因此，和一般地理信息系统比较而言，城市地理信息系统具有下面一些主要的特点：

1．数据类型的多样性和服务对象的多层面性。

城市地理信息系统包含了地理基础要素和资源、环境、社会经济等多种类型的数据，在时间上是多时相的，结构上是多层次的，性质上又有“空间定位”和“属性”之分，既有以图形为主的矢量数据，又有以遥感为源的栅格数据，还有关系型的统计数据，这就必然对数据模型提出特殊的设计要求。在服务对象方面，既要考虑市政主管、专业部门和公众的查询需要，又要满足管理、评价分析和规划预测的不同用户需求。因此，城市地理信息系统对服务对象的多层面性有很高的要求。

2．精度高、现势性强。

从特定角度看来，城市地理信息系统是地理信息系统在大比例尺地图中的应用。例如，它用于房产和地籍的管理，为此要采集和处理数据，其精度要求甚高。另外，城市化进程和城市发展加快，对信息更新的时效性要求也随之提高，已经提出“逐日更新”的要求，以确保系统内信息良好的现势性。

3．模型化、智能化和多功能性。

城市地理信息系统既要实现管理现代化，又要实现策略的制订和优化，它必然要有一整套分析、评价、预测和优化的模型，并具备管理、评价分析和预测预报等多种功能，它比一般地理信息系统应有更综合和更高级的智能化需求。

4．与办公自动化的一体化。

城市政府部门的办公自动化是城市地理信息系统应具备的功能之一，也是确保城市地理信息系统具有生命力和信息更新能力的一个非常重要的途径。因此，政府职能部门的办公自动化最好能充分应用城市地理信息系统的技术，并形成一体化的系统结构。

5．严格的层次结构和高度统一的规范标准。

城市的职能部门很多，结构相对复杂。因此，对于一个城市地理信息系统，从其底层的基础地理信息子系统，到中层的各种专题子系统和高层的综合子系统，在层次结构和建设顺序上均有严格的要求。并且在信息标准、技术标准和系统标准上必须有一整套规范，以确保信息共享和系统兼容。

6．强烈的实用化需求。

城市地理信息系统建设的实用化需求十分迫切，用户明确，目标清楚，可能取得的经济效益和社会效益也是一目了然的。所以，较之其他地理信息系统，它的实用化需求会更加强烈和明确。

城市地理信息系统的功能

城市地理信息系统的功能可从两个角度来描述：一是从数据处理分析和表达的技术角度描述，可概括为数据获取、转换和编辑、数据重构和转换、数据分析与表达、查询检索以及成果输出等六种主要功能，这是面向城市地理信息系统专业人员的概括。二是以应用为导向，从用户使用城市地理信息系统对城市进行管理与规划的角度去描述，可概括为三种功能：

1．管理功能。

通过建立城市地理信息系统，实现各种信息的数字化、标准化和计算机化，从而达到统一管理、数据共享和促进办公自动化，实现信息的快速查询、检索、实时交换以及可视化表达和输出，逐步形成一个以计算机为核心的城市动态管理系统，对城市实行现代化管理。

2．评价分析功能。

通过建立不同的分析模型和辅助决策支持系统，对城市某种单一或综合性问题，如交通网络、投资环境、规划管理、企业选址或工程效益等，进行综合评价分析，提出方案，供主管部门决策参考，也包括应付一些突发性事件，如城市洪水、火灾等灾害，也可通过相关的分析评价，作出快速反应。

3．规划与预测功能。

这是根据城市现状、发展趋势和潜在能力等综合因素，通过不同预测模型来展现可能的前景，供中长期规划和宏观调控参考之用。城市地理信息系统是支持这种规划与预测的有力工具。目前城市地理信息系统着力探索的正是可用于城市持续发展能力建设的这一功能。